بررسي ويژگي ساختاري و الكتروني گرافن دو لايه پيچ خورده با ناخالصي مس به عنوان حسگر اكسيژن

Investigation of Structural, Electronic Properties of Cu-doped twisted bilayer graphene as Oxygen sensor

گرافن دو لايه پيچ­خورده هنگامي تشكيل مي­ شود كه دو لايه گرافن در يك زاويه كوچك پيچ­ خورده باشند. در اين مقاله ساختار الكتروني، مكانيسم جذب، چگالي حالات الكتروني، چگالي حالات جزئي، فرايند انتقال بار، ساختار نواري و زمان بازيابي گرافن دو لايه پيچ­ خورده با و بدون ناخالصي مس براي شناسايي اكسيژن مورد بررسي قرار گرفته است. تغييرات انرژي، انرژي جذب، افزايش سطح زير نمودارهاي چگالي حالات الكتروني مويد افزايش ويژگي حسگري گرافن دو لايه پيچ­ خورده با ناخالصي مس است. همچنين، نتايج نشان داد نيم­ رساناي گرافن دو لايه پيچ ­خورده با ناخالصي مس با جذب اكسيژن ويژگي رسانايي پيدا مي­ كند. از سوي ديگر، نتايج محاسبه شده براي زمان بازيابي گرافن دو لايه پيچ­ خورده با ناخالصي مس نشان مي­ دهد، جذب اكسيژن بر اين ساختار ثبات بيشتري در مقايسه با گرافن دو لايه پيچ­ خورده دارد. بر اين اساس تركيب گرافن دو لايه پيچ­ خورده با ناخالصي مس براي كاربردهاي حسگري در دماهاي بالاتر از دماي اتاق و گرافن دو لايه پيچ­ خورده در دماهاي كمتر از دماي اتاق معرفي مي ­شوند. دماي كاري حسگر اكسيژن براي گرافن دو لايه پيچ خورده 60 كلوين با زمان كاري 28 ثانيه و براي گرافن دو لايه پيچ خورده با ناخالصي مس1600 كلوين با زمان كاري 118 ثانيه بدست آمد.

Twisted Bilayer Graphene (TBLG) is formed when two layers of graphene are twisted at a small angle. In this paper, the electrical structure, adsorption mechanism, density of states (DOS), partial density of states (PDOS), charge transfer process, band structure and TBLG recovery time with and without copper impurities have been investigated to identify oxygen. Changes in Fermi energy, adsorption energy, increase in the area under the DOS confirm the increase in sensory properties of Cu-doped TBLG . The results also showed that Cu-doped TBLG semiconductor acquires conductive properties by adsorbing oxygen. On the other hand, the calculated results for Cu-doped TBLG recovery time show that oxygen adsorption on this structure is more stable compared to TBLG. Accordingly, the Cu-doped TBLG compound for sensor applications at temperatures above room temperature and TBLG at temperatures below room temperature are introduced. The working temperature of the oxygen sensor was 60 K for TBLG with a working time of 28 S and 1600 K for the Cu-doped TBLG with a working time of 118 S.